推进高光谱“落地” 技术和应用的完美结合是关键 ——访卓立汉光副总经理兼双利合谱技术总监 陈兴海博士
近几年，高光谱成像技术发展迅速，应用日益广泛。国外某机构的研究报告显示，预计2030年全球高光谱成像系统市场规模将达558亿美元，2022-2030年间的复合年增长率为17.3%，吸引了众多仪器厂商的关注！更有不少业内人士指出，中国高光谱市场潜力巨大，复合年增长率甚至超过20%！
为了深入了解高光谱技术的发展现状及当前的市场格局等，仪器信息网编辑特别采访了卓立汉光副总经理兼双利合谱技术总监陈兴海博士，请其给大家分享高光谱技术和应用发展的关键点。
卓立汉光副总经理兼双利合谱技术总监 陈兴海博士
从科研到应用 行业市场发展极具潜力
采访伊始，陈博士带领我们回顾了高光谱成像技术的发展历史。据其介绍，高光谱成像技术的发展可以追溯到上世纪80年代，当时主要应用在航天和遥感领域，并一直延续到2000年；2000年左右，市场上开始出现了一批商品化的高光谱设备，主要以光栅分光和液晶可调谐滤波器分光两种技术为主。在这些仪器的基础上，主要的应用领域也由最初的航天、农业、军事拓展到工业分选、文保、生物医学等。在此期间，虽然仪器的成本还比较高，多数的应用还处在研究阶段，不过在一些行业应用领域已经开始产出研究成果了；2015年，市场上开始出现了一些较低成本的光谱成像技术，例如光场成像技术、mems技术、量子点技术、超表面结构技术、芯片镀膜技术等。基于此，高光谱技术和应用市场进入了快速发展的阶段，在多个应用领域都有了比较成熟的解决方案。特别是近几年来，人工智能的快速发展也为高光谱成像技术的应用开发和拓展提供了更大的发展空间。
随着技术的不断成熟以及成本的进一步降低，当前高光谱技术的应用已经从最初的军事、航空发展到了行业市场，并在行业应用中表现出非常诱人的发展前景。陈博士介绍说，当前高光谱技术在工业分选（例如垃圾、塑料、矿石）、食品（水果）分选、水环境监测、精准农业、林业、食品、美容医学等领域以及micro LED筛选中均表现出很好的应用前景，也拥有了典型的成功案例，其中，应用最广泛的领域是工业分选和水环境监测。同时，陈博士也指出，目前关于高光谱应用的标准还比较少，为了进一步拓展高光谱的应用，相关的标准也已在制定过程中，其中在水质监测、肉质品监测方面已有相关的标准开始实施。
对于目前的技术现状，陈博士分析道：目前，传统的光栅分光技术比较成熟，但成本比较高；新推出的新型成像技术，例如镀膜技术、mems技术、量子点技术、超表面结构技术等，具有一定的成本优势，但是同时会出现数据质量低、光谱和空间分辨率低、光谱准确度低的问题，需要通过压缩感知技术，人工智能数据处理技术等来提高数据准确性。陈博士说：“每种技术都有自己的优缺点，目前最关键问题是找到高光谱技术和应用的完美结合点，实现技术落地！”
市场持续增长 国产高光谱发展空间可观
高光谱市场的蓬勃发展已然吸引了业界的极大关注，多家国内外的研究机构纷纷指出亚太，特别是中国市场的未来潜力值得期待。陈博士表示，虽然国内高光谱起步比国外略晚几年，但从新产品、新技术的开发及产业化层面，中国与国际先进水平是持平甚至略微胜出的。据其介绍，在2008年之前，中国遥感所等一些单位开始从事高光谱应用研究工作；2008年之后，国内从事高光谱研究工作的团队越来越多；到2010年时，国内开始开发光栅分光和液晶可调谐滤波器分光技术的高光谱设备，主要应用于军工、航天项目。
最近几年，我国高光谱发展势头迅猛，国内不少仪器公司开始布局或者重视高光谱仪器的开发，这一点从高光谱成像领域投融资的热度可见一斑。从逐利的角度而言，资本看中的企业要么正在解决新兴技术和趋势带来的新挑战，要么专注于已经成熟的颠覆性行业，而能得到资本市场的青睐也在很大程度上彰显了这些高光谱技术以及市场巨大的诱惑力。陈博士介绍说：从技术层面而言，中国研究团队率先推出了一系列的新型低成本光谱成像技术，且产业化的速度也在持续加速。现在，不仅是我国航天卫星上的光谱相机达到了国际先进水平，民用商品化的高光谱产品也赶上了国外进口产品水平。特别是在支持国产的相关政策下，国内在分光部件、高性能探测器、镜头和处理器方面都已经有相应的国产替代方案。不过，陈博士也指出，目前存在的主要问题是推进高光谱技术规模化应用的落地，在此基础上再进一步降低设备成本，推进更多行业、更大规模的应用。
随着高光谱技术应用的不断完善，以及产业持续稳定的推进，我国高光谱市场一直在持续增长，竞争也越来越激烈：一方面更多的国外品牌不断进军国内市场；另一方面不少国产公司也开始涉猎或者重视高光谱仪器的研发。陈博士表示，现阶段对整个国内高光谱市场来讲，国产占比约为1/3。不过，其同时也强调，现在的市场格局并不是国内外的技术差距造成的，更多的原因在于现阶段还没有足够多的国产高光谱品牌与国外品牌进行竞争。以双利合谱为例，陈博士说，目前的竞争对手主要还是国外品牌，国产仪器公司在给用户提供完整的解决方案，以及设备配套和服务支持方面还有很大的提升空间。
打破惯性思维 用新思路、新方法解决应用痛点
作为国内较早开展高光谱仪器开发的企业，卓立汉光的产品线布局可以追溯到先锋科技的代理业务。陈博士说，也正是因为前期的代理业务，卓立汉光敏锐的捕捉到了高光谱极具诱惑的市场潜力。基于此，2007年，卓立汉光开始自主研发高光谱相关产品，并于2014年将高光谱产品线独立出来成立了双利合谱，在2021年进一步合作成立子公司无锡谱视界。据悉，近两年双利合谱业绩一直保持20%左右的增长。
多年来，双利合谱一直坚持产品的自主研发，前期以研究领域为主，先后推出了实验室研究为主的Gaiasort系列高光谱分选仪，针对农业、军事、环境等现场检测的便携式Gaiafield高光谱成像系统；2015年左右推出了适用于无人机应用的Gaiasky高光谱成像仪。近几年根据行业应用需求，又升级推出了内置分析处理系统、分析模型的Gaiafield pro便携式系统和Gaiasky mini3无人机高光谱成像系统；针对材料及生命科学领域，还推出了Gaiamicro显微高光谱成像系统和Gaiafluo荧光高光谱成像系统。陈博士总结道，当前双利合谱高光谱产品的用户主要以科研和行业应用为主，针对科研用户，双利合谱可以提供从显微到实验室、户外便携及无人机应用的全系列产品及数据分析软件；针对行业应用，双利合谱在水质检测、目标识别、肉质品检测、精准农业、林业（松线虫）、Microled巨量检测方面都能提供完整的解决方案。
高光谱产品的研发应用离不开技术的不断创新，而谈到双利合谱的创新，陈博士说，主要是结合应用需求，针对应用痛点，打破惯性思维，用新思路、新方法解决问题！其举例说，“由于无人机飞行过程的稳定性造成的图像扭曲一直是业内不能解决的问题，而双利合谱突破常规采用悬停扫描的方式，成功解决了图像扭曲的问题。”
在当前全球政治和经济形式下，国家政策支持叠加核心技术突破，科学仪器国产替代进程不断加快。据介绍，双利合谱目前在镜头扫描成像技术、自动调焦技术、无人机悬停扫描成像技术、高速并行数据技术及实时模型处理方面均有自己的专利技术，并且在高光谱分光器件、成像组件、探测器、处理器等都有可替代的国产方案。陈博士特别提到，双利合谱的Microled巨量检测应用系统核心部件已实现全国产化替代。不过，相较于产品技术，陈博士认为目前国产仪器的难点还是在市场推广方面：“用户对我们的新方法以及国产仪器的信任度方面欠佳，我们必须花更多的精力与时间给用户做演示，用数据说话来得到用户的认可。”
谈到未来在高光谱领域的布局，陈博士说，“目前常规的高光谱还是以测试物质的反射吸收光谱为主，而荧光及拉曼光谱在物质特性的指向性上具有更高的唯一性。源于我们母公司在荧光及拉曼应用的经验积累，我们将在荧光及拉曼成像方面推出更多创新性的应用系统。同时，近期我们还将在数据分析处理与建模方面推出数据分析云平台及工具化、流程化的分析建模软件，使用户在进行行业应用开发时实现对数据的快速分析处理与建模，大大降低高光谱应用的技术门槛。”
人物简介：
陈兴海?博士，正高级工程师，毕业于中国科学院物理研究所。博士后工作站导师，企业技术中心的技术带头人，2008年加入卓立团队，现任卓立汉光副总经理，全面负责公司研发工作，任职期间与大连化物所合作开发了紫外共振拉曼光谱系统，填补了国内在高端拉曼光谱仪的空白。2011年，以项目负责人的身份承担北京市科委创新基金项目课题“光伏电池缺陷检测分析仪”研制；2015年，以项目负责人的身份承担首都科技条件平台科学仪器开发培育项目“显微共聚焦激光拉曼光谱仪产业化培育项目”，并主持开发太阳电池IPCE测试系统项目、太阳光模拟器、便携式高光谱相机、高光谱分选仪、无人机载高光谱相机等产品，与中国农业大学彭彦昆课题组合作开展了生鲜肉及农产品品质的实时光学检测技术的研究工作，相关成果获得2016年度教育部科技进步一等奖和2017年度国家技术发明二等奖。2018年，任国家重点研发计划“重大科学仪器设备开发”重点专项“高速激光共聚焦拉曼光谱仪成像仪研发及应用研究”项目的课题负责人。2020年，任北京市科学技术委员会怀柔科学城成果转化落地“暗场光散射显微光谱识别系统的研制及产业化”项目负责人。参加工作以来，共发表论文20余篇，其中SCI收录7篇（第一作者3篇）；主持申请发明专利8项(其中1项美国专利)，实用新型专利25项。任职期间，2012年授予北京市通州区优秀科技带头人称号及2012年度北京市通州区科技创新人。
